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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022121393
(43)【公開日】2022-08-19
(54)【発明の名称】調整可能な光学デバイス
(51)【国際特許分類】
G02B 7/04 20210101AFI20220812BHJP
G02C 1/00 20060101ALI20220812BHJP
G02C 7/08 20060101ALI20220812BHJP
G02B 7/00 20210101ALI20220812BHJP
G02B 7/02 20210101ALI20220812BHJP
G03B 35/18 20210101ALI20220812BHJP
G02B 27/02 20060101ALI20220812BHJP
【ＦＩ】
G02B7/04 Z
G02C1/00
G02C7/08
G02B7/00 Z
G02B7/04 E
G02B7/02 Z
G03B35/18
G02B27/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2022016023
(22)【出願日】2022-02-04
(31)【優先権主張番号】PCT/IB2021/050979
(32)【優先日】2021-02-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】IB
(31)【優先権主張番号】10 2021 105 705.1
(32)【優先日】2021-03-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ＢＬＵＥＴＯＯＴＨ
(71)【出願人】
【識別番号】515100639
【氏名又は名称】オプトチューン アーゲー
(74)【代理人】
【識別番号】100149032
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 敏明
(74)【代理人】
【識別番号】100181906
【弁理士】
【氏名又は名称】河村 一乃
(72)【発明者】
【氏名】マニュエル アシュワンデン
(72)【発明者】
【氏名】デイビッド アンドレアス ニーデラー
(72)【発明者】
【氏名】ローマン パッツァイダー
(72)【発明者】
【氏名】クリストファー ラニング
(72)【発明者】
【氏名】ピット ジェバーズ
【テーマコード（参考）】
2H044
2H059
2H199
【Ｆターム（参考）】
2H044AJ01
2H044BE04
2H044BF00
2H059AA24
2H059CA00
2H199CA02
2H199CA12
2H199CA97
(57)【要約】 （修正有）
【課題】アクチュエータと光学要素とを空間的に分離し、空間的な制約や重量の制限を軽減する。
【解決手段】光学要素（１０）、アクチュエータ（２０）、及び伝送ユニット（３０）を備え、前記伝送ユニット（３０）は第１のファイバー（３１０）を備え、前記第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、該引張力により前記光学要素（１０）の光学特性の変化をもたらす、調整可能な光学デバイス（１）。
【選択図】図１
【解決手段】光学要素（１０）、アクチュエータ（２０）、及び伝送ユニット（３０）を備え、前記伝送ユニット（３０）は第１のファイバー（３１０）を備え、前記第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、該引張力により前記光学要素（１０）の光学特性の変化をもたらす、調整可能な光学デバイス（１）。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光学要素（１０）、アクチュエータ（２０）及び伝送ユニット（３０）を備える調整可能な光学デバイス（１）であって、
－ 前記伝送ユニット（３０）は、第１のファイバー（３１０）を備え、
－ 前記第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、かつ
－ 前記引張力により、前記光学要素（１０）の光学特性の変化をもたらす、
前記調整可能な光学デバイス（１）。
－ 前記伝送ユニット（３０）は、第１のファイバー（３１０）を備え、
－ 前記第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、かつ
－ 前記引張力により、前記光学要素（１０）の光学特性の変化をもたらす、
前記調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項2】
保持要素（４０）を備え、前記保持要素（４０）は、保持力を生成するように構成され、前記保持力は、前記引張力に対して反対方向に作用し、
前記第１のファイバー（３１０）は、第１の端部（３１０ａ）及び第２の端部（３１０ｂ）を備え、前記第１の端部（３１０ａ）は前記アクチュエータ（２０）に結合され、かつ前記第２の端部（３１０ｂ）は前記光学要素（１０）に結合され、
前記引張力は、前記第１の端部（３１０ａ）に作用し、かつ
前記保持力は、前記第２の端部（３１０ｂ）に作用する、
請求項１に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記第１のファイバー（３１０）は、第１の端部（３１０ａ）及び第２の端部（３１０ｂ）を備え、前記第１の端部（３１０ａ）は前記アクチュエータ（２０）に結合され、かつ前記第２の端部（３１０ｂ）は前記光学要素（１０）に結合され、
前記引張力は、前記第１の端部（３１０ａ）に作用し、かつ
前記保持力は、前記第２の端部（３１０ｂ）に作用する、
請求項１に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項3】
第２のファイバー（３２０）及びピボット要素（５０）を備え、
前記ピボット要素（５０）は、前記ピボット要素（５０）がピボット点（５１）の周りに回転可能であるピボット点（５１）を備え、
前記第１のファイバー（３１０）の前記第２の端部（３１０ｂ）及び前記第２のファイバー（３２０）の第２の端部（３２０ｂ）は、前記ピボット点（５１）に対して前記ピボット要素（５０）の反対側に接続され、
前記第１のファイバー（３１０）の引張力は、前記ピボット要素（５０）を第１の方向に回転させ、かつ前記第２のファイバー（３２０）の引張力は、前記ピボット要素（５０）を第２の方向に回転させ、ここで前記第１の方向は前記第２の方向と反対である、
請求項１又は２に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記ピボット要素（５０）は、前記ピボット要素（５０）がピボット点（５１）の周りに回転可能であるピボット点（５１）を備え、
前記第１のファイバー（３１０）の前記第２の端部（３１０ｂ）及び前記第２のファイバー（３２０）の第２の端部（３２０ｂ）は、前記ピボット点（５１）に対して前記ピボット要素（５０）の反対側に接続され、
前記第１のファイバー（３１０）の引張力は、前記ピボット要素（５０）を第１の方向に回転させ、かつ前記第２のファイバー（３２０）の引張力は、前記ピボット要素（５０）を第２の方向に回転させ、ここで前記第１の方向は前記第２の方向と反対である、
請求項１又は２に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項4】
前記第１のファイバー（３１０）は、第１の主延長方向を有する第１の部分（３１１）、第２の主延長方向を有する第２の部分（３１２）、及び偏向部分（３１３）を備え、前記偏向部分（３１３）は、前記第１のファイバー（３１０）に沿って前記第１の部分（３１１）と前記第２の部分（３１２）との間に配置され、かつ
前記第１の主延長方向は、前記第２の主延長方向に対して斜め方向であり、かつ
前記偏向部分（３１３）において前記第１のファイバー（３１０）は、偏向要素（７０）と接触しており、ここで前記偏向要素（７０）は、マウント（７１）及びガイド要素（７２）を備え、
前記ガイド要素（７２）は、前記偏向部分（３１３）をガイドするように構成され、
前記ガイド要素（７２）は、前記偏向部分（３１３）に直接接触しており、
前記ガイド要素（７２）は、支点（７３）で前記マウント（７１）に旋回可能に接続され、
前記支点（７３）と前記偏向部分（３１３）との間の距離は、前記偏向部分（３１３）に沿って変化する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記第１の主延長方向は、前記第２の主延長方向に対して斜め方向であり、かつ
前記偏向部分（３１３）において前記第１のファイバー（３１０）は、偏向要素（７０）と接触しており、ここで前記偏向要素（７０）は、マウント（７１）及びガイド要素（７２）を備え、
前記ガイド要素（７２）は、前記偏向部分（３１３）をガイドするように構成され、
前記ガイド要素（７２）は、前記偏向部分（３１３）に直接接触しており、
前記ガイド要素（７２）は、支点（７３）で前記マウント（７１）に旋回可能に接続され、
前記支点（７３）と前記偏向部分（３１３）との間の距離は、前記偏向部分（３１３）に沿って変化する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項5】
前記伝送ユニットは、外殻構造体（６０）を備え、前記第１のファイバー（３１０）及び前記外殻構造体（６０）は、ボーデンケーブルを形成する、請求項１～４のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項6】
ロックユニット（８０）を備え、オン状態では前記ロックユニット（８０）は、規定の状態で光学特性を維持するように構成され、オフ状態では前記ロックユニット（８０）は、光学特性の変化を制限しない、請求項１～５のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項7】
制御ユニット（８３）及び加速度計（８４）を備え、前記加速度計（８４）は、前記光学デバイス（１）に作用する加速力を測定するように構成され、
前記加速度計（８４）は、出力信号（８４０）を前記制御ユニット（８３）に送信し、
前記出力信号（８４０）は、測定された加速度に依存し、かつ
前記制御ユニット（８３）は、前記加速度計（８４）の出力信号（８４０）が所定の値を超えた場合に、前記ロックユニット（８０）をオン状態に設定するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記加速度計（８４）は、出力信号（８４０）を前記制御ユニット（８３）に送信し、
前記出力信号（８４０）は、測定された加速度に依存し、かつ
前記制御ユニット（８３）は、前記加速度計（８４）の出力信号（８４０）が所定の値を超えた場合に、前記ロックユニット（８０）をオン状態に設定するように構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項8】
前記アクチュエータ（２０）は、形状記憶合金（２１）を備え、かつ
前記第１のファイバー（３１０）は前記形状記憶合金を備えるか、又は前記第１のファイバー（３１０）は前記形状記憶合金からなる、請求項１～７のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記第１のファイバー（３１０）は前記形状記憶合金を備えるか、又は前記第１のファイバー（３１０）は前記形状記憶合金からなる、請求項１～７のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項9】
前記アクチュエータ（２０）は、巻線要素（２２）を備え、
前記第１のファイバー（３１０）は、前記巻線要素（２２）の周りに少なくとも部分的に巻かれ、
前記アクチュエータ（２０）は、前記巻線要素（２２）を回転させるように構成され、前記引張力は、前記巻線要素（２２）の回転によって生成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記第１のファイバー（３１０）は、前記巻線要素（２２）の周りに少なくとも部分的に巻かれ、
前記アクチュエータ（２０）は、前記巻線要素（２２）を回転させるように構成され、前記引張力は、前記巻線要素（２２）の回転によって生成される、請求項１～８のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項10】
複数の第１のファイバー（３１０）を備え、前記複数の第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、
前記巻線要素（２２）は、円柱形状であり、
前記巻線要素（２２）は、複数の部分（２２１）を備え、各第１のファイバー（３１０）は、前記部分（２２１）のうちの１つの周りに巻かれ、かつ少なくとも２つの部分（２２１）は、異なる直径を有し、及び／又は前記円柱形状は、非円形の断面積を有する、請求項１１に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記巻線要素（２２）は、円柱形状であり、
前記巻線要素（２２）は、複数の部分（２２１）を備え、各第１のファイバー（３１０）は、前記部分（２２１）のうちの１つの周りに巻かれ、かつ少なくとも２つの部分（２２１）は、異なる直径を有し、及び／又は前記円柱形状は、非円形の断面積を有する、請求項１１に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項11】
複数の第１のファイバー（３１０）を備え、前記複数の第１のファイバー（３１０）は、前記アクチュエータ（２０）から前記光学要素（１０）に引張力を伝達するように構成され、
前記アクチュエータ（２０）は、レバー（２３）を備え、
前記複数の第１のファイバー（３１０）の第１の端部（３１０ａ）は、それぞれ、前記レバー（２３）の異なる取り付け点（２３１）で結合されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記アクチュエータ（２０）は、レバー（２３）を備え、
前記複数の第１のファイバー（３１０）の第１の端部（３１０ａ）は、それぞれ、前記レバー（２３）の異なる取り付け点（２３１）で結合されている、請求項１～８のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項12】
前記光学要素（１０）は、液体で満たされた容積（１００）を備え、
前記容積（１００）は、膜（１０１）によって区画され、前記膜（１０１）は、前記光学要素（１０）の光学面を形成し、
前記膜（１０１）は、成形要素（１０２）に接続され、ここで前記引張力は前記成形要素（１０２）に作用し、かつ前記引張力は光学面の形状の変化をもたらし、かつ前記光学面の形状の変化により、光学特性の変化をもたらす、請求項１～１１のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記容積（１００）は、膜（１０１）によって区画され、前記膜（１０１）は、前記光学要素（１０）の光学面を形成し、
前記膜（１０１）は、成形要素（１０２）に接続され、ここで前記引張力は前記成形要素（１０２）に作用し、かつ前記引張力は光学面の形状の変化をもたらし、かつ前記光学面の形状の変化により、光学特性の変化をもたらす、請求項１～１１のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項13】
前記成形要素（１０２）の動きは、ヒンジ（１０３）によってガイドされるか、又は
前記成形要素（１０２）は、弾性的に変形可能であり、
前記アクチュエータ（２０）は、複数の第１のファイバー（３１０）を備え、かつ
前記引張力は、前記成形要素（１０２）の複数の偏向点（１０４）に伝達され、ここで前記複数の偏向点（１０４）は互いに離間している、請求項１～１２のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記成形要素（１０２）は、弾性的に変形可能であり、
前記アクチュエータ（２０）は、複数の第１のファイバー（３１０）を備え、かつ
前記引張力は、前記成形要素（１０２）の複数の偏向点（１０４）に伝達され、ここで前記複数の偏向点（１０４）は互いに離間している、請求項１～１２のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項14】
前記第１のファイバー（３１０）は、可撓性シャフトを形成し、
前記アクチュエータ（２０）は、前記第１のファイバー（３１０）の第１の端部（３１０ａ）にトルクを伝達し、
前記トルクにより、前記第１のファイバーがその主延長軸を中心に回転し、かつ
前記光学要素（１０）は、前記トルクを光学特性の変化に変換するように構成されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
前記アクチュエータ（２０）は、前記第１のファイバー（３１０）の第１の端部（３１０ａ）にトルクを伝達し、
前記トルクにより、前記第１のファイバーがその主延長軸を中心に回転し、かつ
前記光学要素（１０）は、前記トルクを光学特性の変化に変換するように構成されている、請求項１～１３のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）。
【請求項15】
請求項１～１４のいずれか一項に記載の調整可能な光学デバイス（１）を備えるヘッドマウント可能なデバイス（９０）であって、前記ヘッドマウント可能なデバイスは、眼鏡、拡張現実グラス、仮想現実グラスのうちの少なくとも１つであり、前記ヘッドマウント可能なデバイスは、テンプル（９１）を備え、前記テンプル（９１）は、前記光学要素（１０）とユーザーの頭部との間に機械的接続を確立するように構成され、前記アクチュエータ（２０）は、前記テンプル（９１）に配置される、前記ヘッドマウント可能なデバイス（９０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、調整可能な光学デバイスに関する。この調整可能な光学デバイスは、電磁波、特に赤外光と紫外光との間の波長範囲の光と相互作用するように構成されている。光学デバイスの少なくとも１つの光学特性は、定義可能な様式で制御される。この光学特性は、調整可能な光学デバイスと光の相互作用を少なくとも部分的に定義する。
【0002】
前記調整可能な光学デバイスは、伝送ユニットを備える光学要素及びアクチュエータを備える。光学要素は、屈折及び／又は回折によって電磁波と相互作用する。光学要素は、前記光学要素の少なくとも１つの光学特性を調整することができる調整可能な光学要素である。光学要素は、レンズ、ミラー、プリズム、又は回折格子であり得る。特に、調整可能なレンズは屈折光学要素であり、電磁放射線、特に可視光と定義可能な様式で相互作用するように構成される。例えば、調整可能なレンズは、屈折力及び／又は円柱などの光学特性を調整するように構成される。光学的な調整可能なデバイスを調整する場合、光学要素の少なくとも１つの光学特性が変化する。
【0003】
前記アクチュエータは、電気信号を力に変換するように構成されている。アクチュエータは、ボイスコイルアクチュエータ、永久磁石アクチュエータ、静電アクチュエータ、形状記憶合金アクチュエータ、空気圧アクチュエータ、又は油圧アクチュエータのうちの１つであり得る。
【0004】
前記伝送ユニットは、第１のファイバーを備え、前記第１のファイバーは、前記アクチュエータから前記光学要素に引張力を伝達するように構成されている。第１のファイバーは、少なくとも１０ＧＰａ、特に少なくとも１００ＧＰａのヤング率を有する材料からなり得る。特に、第１のファイバーは曲げることが可能である。第１のファイバーは、カーボン、ケブラー、金属、又は繊維材料を含むことができる。第１のファイバーは、１本のファイバーであってもよく、又はファイバーの束であってもよい。該ファイバーは、特に熱膨張が小さい。特に、ファイバーの熱膨張は周辺材料と同じ大きさの範囲内（偏差１％未満）である。特に、該ファイバーは脆性でなく、かつ摩擦学的抵抗性を有する（磨耗が少ない）。ファイバーは、潤滑されていてもよい。特に、ファイバーを潤滑することで、その結果ファイバーの材料が膨潤することはない。ファイバーの材料は、可塑剤を蒸発させない。特に、第１のファイバーの材料は、可塑剤に無反応性である。
【0005】
この引張力により、光学要素の光学特性が変化する。光学特性は、回折力、球面力、円柱角、円柱力、プリズム角、プリズム力、反射率、透明度、又は色のうちの少なくとも１つであり得る。好ましくは、光学要素は調整可能なレンズであり、この光学特性は、球面力、円柱角、円柱力、プリズム角、プリズム力である。
【0006】
一実施形態によれば、該調整可能な光学デバイスは、伝送ユニットを備える光学要素及びアクチュエータを備える。前記伝送ユニットは、第１のファイバーを備える。第１のファイバーは、アクチュエータからの引張力を光学要素に伝達するように構成されている。この引張力により、光学要素の光学特性が変化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本明細書に記載される調整可能な光学デバイスは、とりわけ以下の考察に基づいている。調整可能な光学デバイスは、電磁波と相互作用する光学要素の光学特性を制御するために、何らかの形態の作動が必要である。しかし、適切なアクチュエータの開発では、空間的な制約や重量の制限が、パワー及び精度の面での要求と正反対になる。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書に記載される調整可能な光学デバイスは、アクチュエータからの力を伝送ユニットによって光学要素に伝達するというアイデアを使用している。伝送ユニットの第１のファイバーにより、アクチュエータと光学要素との空間的な分離が可能になる。さらに、第１のファイバーは、空間的要件が特に小さく、質量が特に小さい。したがって、伝送ユニットによって、アクチュエータに関連する空間的な制約が軽減される。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは、保持要素を備え、前記保持要素は、保持力を発生させるように構成されている。この保持力は、引張力に対して反対方向に作用する。前記第１のファイバーは、第１の端部と第２の端部とを備え、前記第１の端部は前記アクチュエータに結合され、かつ前記第２の端部は前記光学要素に結合されている。引張力が第１の端部に作用し、保持力が第２の端部に作用する。特に、保持力は弾性要素によってもたらされる。弾性要素は、バネ、曲がり梁、又は光学要素の一部であり得る。例えば、保持力は連続的に作用することができる。例えば、引張力が保持力を上回る場合、引張力によって光学特性が変化し、保持力が引張力を上回る場合、保持力によって前記光学特性の変化が逆転する。例えば、伝送ユニット、特に第１のファイバーは、アクチュエータから光学要素へ圧縮力を本質的に伝達しない。
【0011】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは、第２のファイバー及びピボット要素を備える。特に、第２のファイバーは、第１のファイバーと本質的に同一である。したがって、第１のファイバーについて開示される特徴はまた、第２のファイバーにも適用され、その逆もまた然りである。ピボット要素は、ピボット要素がピボット点を中心に回転可能なピボット点を備える。第１のファイバーの第２の端部及び第２のファイバーの第２の端部は、ピボット点に対してピボット要素の反対側に接続されている。第１のファイバーの引張力によってピボット要素が第１の方向に回転し、かつ第２のファイバーの引張力によってピボット要素が第２の方向に回転し、ここで第１の方向と第２の方向とは反対である。特に、第２のファイバーの引張力は、第１のファイバーの保持力として作用し、その逆も同様である。例えば、ピボット要素は、伝送ユニットの一部である。特に、第１のファイバーの第２の端部とピボット点との距離と、第２のファイバーの第２の端部とピボット点との距離とが異なっている。そのため、第１のファイバーの引張力と第２のファイバーの引張力とが同じであれば、ピボット要素を回転させることができる。伝送ユニットは、アクチュエータからの双方向の力を光学要素に伝達するように構成されることが可能である。
【0012】
一実施形態によれば、第１のファイバーは、第１の主延長方向を持つ第１の部分、第２の主延長方向を持つ第２の部分、及び偏向部分を備える。偏向部分は、第１のファイバーに沿って第１の部分と第２の部分との間に構成される。第１の主延長方向は、第２の主延長方向に対して斜め方向であり、偏向部分において、第１のファイバーは、偏向要素と接触している。特に、偏向要素は、第１のファイバーを経路変更するように構成され、それにより、引張力の方向が変えられる。有利なことに、偏向要素は、伝達要素の形状を調整することが可能である。
【0013】
一実施形態によれば、偏向要素は、マウント及びガイド要素を備える。ガイド要素は、前記偏向部分をガイドするように構成されている。ガイド要素は、前記偏向部分に直接接触している。ガイド要素は、マウントに支点で旋回可能に接続されており、支点と偏向部分との間の距離は、偏向部分に沿って変化する。例えば、ガイド要素は、ガイド要素に対する第１のファイバーの滑落を防止するレール状の形状を備えている。特に、ガイド要素は滑車を備え、滑車は非円形であり、かつ／又は支点は滑車の中心に配置されていない。特に、ガイド要素は、第１のファイバーとともに支点を中心に移動することで、第１のファイバーとガイド要素との間の滑り摩擦を最小にすることができる。有利なことに、偏向要素は、非円形形状又は非中心支点によって引張力を活用することができる。
【0014】
一実施形態によれば、伝送ユニットは、外殻構造体（ｈｕｌｌ）を備え、ここで、第１のファイバー及び外殻構造体は、ボーデンケーブルを形成する。第１のファイバー及び第２のファイバーは、共通の外殻構造体に配置することができる。特に、第１のファイバーと第２のファイバーはボーデンケーブルを形成する。特に、偏向要素は、外殻構造体によって形成することができる。
【0015】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは、ロックユニットを備え、オン状態では、ロックユニットは、光学特性を定義された状態に維持するように構成され、オフ状態では、ロックユニットは、光学特性の変化を制限しない。ロックユニットは、伝送ユニット、特に第１及び／又は第２のファイバーをある位置に固定するように構成されてもよく、その位置は、アクチュエータによって定義される。例えば、ロックユニットは、オフ状態とオン状態との間を切り替えるために電源を必要とする。ロックユニットは、オフ状態及び／又はオン状態を維持するための電源を必要としない。あるいは、ロックユニットは、オン状態では電力を必要とせず、かつオフ状態を維持するための電力を必要とする。よって、電源が供給されない場合、ロックユニットは自動的にオン状態に戻る。例えば、ロックユニットは、永久磁石アクチュエータ（ＥＰＭ）又は形状記憶合金によって作動される。有利なことに、ロックユニットは、継続的な電力供給を必要とせずに調整状態を維持することによって、特にエネルギー効率の高い調整可能な光学デバイスを実現する。
【0016】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは、制御ユニット及び加速度計を備え、前記加速度計は、光学デバイスに作用する加速力を測定するように構成されている。加速度計は出力信号をコントロールユニットに送信し、この出力信号は測定された加速度に依存する。制御ユニットは、加速度計の出力信号が所定の値を超えた場合にロックユニットをオン状態に設定するように構成されている。所定の値は、１ｇの加速度に対応してもよい。あるいは、所定の値は、加速力のパターンに対応してもよく、この加速力のパターンは、トレーニングデータから決定される。特に、センサーは、前記加速力のパターンを定義するために、機械学習によって事前調整される。例えば、加速力のパターンは、調整可能な光学デバイスに１ｇを超える加速力が作用する前に発生する一般的な加速条件に対応している。特に、加速力のパターンは、調整可能な光学デバイスの検出された自由落下に対応し、自由落下が検出されると、ロックユニットは、オン状態に切り替わるように構成されている。ロックユニットは、所定の値を超えた後に、所定時間、オン状態を維持するように構成されてもよい。有利なことに、ロックユニットは、光学要素の可動部分の意図しない動きを防止し、それによって、調整可能な光学デバイスの加速による損傷のリスクが低減される。
【0017】
一実施形態によれば、アクチュエータは、形状記憶合金を備える。特に、形状記憶合金（ｓｈａｐｅ ｍｅｍｏｒｙ ａｌｌｏｙ）（略称：ＳＭＡ）は、引張力をもたらす。形状記憶合金とは、材料が閾値温度未満の場合に変形することができ、閾値温度を超えて加熱される場合に変形前の形状に戻る（「記憶」する）合金のことである。ＳＭＡは、記憶金属、記憶合金、スマートメタル、スマートアロイ、又はマッスルワイヤーと呼ばれることもある。特に、ＳＭＡに電流を流すことにより、ＳＭＡは閾値温度を超えて加熱される。ＳＭＡは、保持力によって変形することが可能である。
【0018】
一実施形態によれば、第１のファイバーは、形状記憶合金を備える。例えば、ファイバーは、受動部分及び能動部分を備える。あるいは、第１のファイバーは形状記憶合金からなる。この場合、第１のファイバーには受動部分がない。受動部分は、引張力に対する弾性が特に小さい材料からなる。言い換えれば、受動部分の引張弾性は特に低い。例えば、受動部分は、金属、ケブラー、又は炭素ファイバーを備える。受動部分の引張弾性は、能動部分の引張弾性よりも小さくてもよい。能動部分は、引張力を発生するように構成されるＳＭＡを備える。例えば、受動部分は能動部分と光学要素との間に配置される。したがって、受動部分は能動部分からの引張力を光学要素に伝達する。
【0019】
一実施形態によれば、アクチュエータは、巻線要素を備え、第１のファイバーは、少なくとも部分的に巻線要素の周りに巻かれ、アクチュエータは、巻線要素を回転させるように構成され、この引張力は、巻線要素の回転により生成される。例えば、アクチュエータは、巻線要素を回転させるように構成されるステッピングモータ、電気ギアモータ、コンデンサモータ、リラクタンスモータのうちの１つを備える。
【0020】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは複数の第１のファイバーを備え、これらの第１のファイバーは、アクチュエータからの引張力を光学要素に伝達するように構成される。巻線要素は円柱形状であり、巻線要素は複数の部分を備え、各第１のファイバーはこれらの部分のうちの１つに巻かれる。円柱形状の少なくとも２つの部分は、異なる直径を有し、及び／又は円柱形状の断面積は、非円形である。直径が異なる部分は、共通の巻線要素によって、異なる経路長により第１のファイバーを偏向させることができる。非円形の円柱形状の断面により、第１のファイバーの偏向の経路長は巻線要素の回転位置に依存するようになる。有利なことに、異なる直径を有する部分と巻線要素の非円形断面により、引張力を発生させるための１つのモーターを使用して、第１のファイバーを特に明確に偏向させることが可能である。
【0021】
特に、各第１のファイバーのオフセット張力は個別に調整可能である。例えば、各ファイバーの引張力（プレテンション（ｐｒｅ－ｔｅｎｓｉｏｎ））は、部分の相互の相対回転を調整することによって調整可能である。さらに、各第１のファイバーの伝送は、個別に調整可能であり得る。例えば、これらのファイバーは、この伝送を変えるために、より小さな又はより大きな直径を有する部分に取り付けられ得る。ファイバーがレバーに取り付けられている場合、この伝送を変更するように、レバーと第１のファイバーとの間の取り付け位置は調整可能である。
【0022】
一実施形態によれば、調整可能な光学デバイスは複数の第１のファイバーを備え、これらの第１のファイバーは、アクチュエータからの引張力を光学要素に伝達するように構成される。前記アクチュエータは、レバーを備え、第１のファイバーの第１の端部は、前記レバーの異なる取り付け点にそれぞれ結合されている。特に、アクチュエータは、レバーを旋回させるように構成されている。第１のファイバーは、レバーを旋回させることにより偏向され、各第１のファイバーの偏向量は、レバーに沿った取り付け点の位置にそれぞれ依存する。有利なことに、複数の取り付け点を持つレバーに提供することにより、単一のアクチュエータで異なる量の偏向を提供することができる。
【0023】
一実施形態によれば、光学要素は、液体で満たされる容積を備え、前記容積は膜によって区画され、前記膜は光学要素の光学面を形成する。前記容積は、通常動作時に電磁波が少なくとも部分的に通過する区画された領域であってもよい。特に、前記容積は少なくとも部分的に膜によって区画されている。前記容積は、気相又は液相であり得る流体で満たされている。特に、流体の容積は、水ベースの液体又は油ベースの液体で満たされ得る。
【0024】
膜は成形要素に接続されており、ここで、引張力が成形要素に作用し、この引張力により光学面の形状が変化し、そしてこの光学面の形状の変化により、光学特性が変化することになる。例えば、成形要素はリング形状を有し、前記成形要素は、膜によって形成される光学面を取り囲む。引張力及び保持力により、調整可能な光学デバイスの光軸に沿った成形要素の動きをもたらす。光軸に沿った成形要素の位置を調整することにより、膜の形状が変更される。膜は可撓性があり、一側面の流体容積を制限する。特に、流体は可撓性の膜に直接隣接している。少なくとも光学特性は、可撓性の膜の形状を変えることで調整可能である。ここで、及び以下における膜という文脈における「可撓性」という用語は、膜をその主延長面に対して斜めに曲げることを可能にする膜の特性を表す。特に、膜は拡張可能である。上記及び下記において、膜という文脈における「拡張可能」という用語は、その膜をその主延長面に沿って可逆的に拡張することを可能にする膜の特性を表す。
【0025】
成形要素は膜に取り付けられている。成形要素は、リング形状を有していてもよい。特に、成形要素は膜の一表面に取り付けられている。特に、膜と成形要素は、材料接合接続によって接続されている。あるいは、成形要素と膜とは一体的に製造されてもよく、この成形要素と膜は共通の製造工程で同時に製造される。特に、成形要素と膜とは同じ材料を含み得る。成形要素と膜との主延長面は、実質的に互いに平行に延びる。主延長面に対して垂直な方向において、成形要素の厚さは膜の厚さよりも厚い。特に、成形要素の剛性は、膜の剛性よりも高い。例えば、成形要素は、膜の周囲に沿って力を伝達するように構成され、成形要素の周囲に沿って膜の偏向を制御する。
【0026】
上面図において、成形要素は非円形の輪郭を有していてもよく、この成形要素の輪郭は仮想的な円周内に延びる。上記及び下記において、「上面図」とは、非偏向状態における成形要素の主延長面に対して垂直な視点である。例えば、成形要素の主延長平面は、光軸に対して垂直に延びる。成形要素は、上面図で見られる非円形のリング形状を有していてもよい。上面図に見られる成形要素の幅は一定であってもよい。あるいは、成形要素の幅は、リングに沿った異なる位置で変化してもよい。成形要素の幅は、その円周の半径方向に沿って測定される。特に、リングの輪郭は成形要素の内縁によって規定され、この内縁は膜の光学活性領域に面している。上記及び下記において、この円周は、最小半径を持ちながら成形要素の輪郭を完全に取り囲む仮想的な円である。特に、この円周の内縁が輪郭を定義しているため、円周は成形要素と交差してもよい。
【0027】
光学要素の光学特性を調整する場合、成形要素の偏向量は、円周に対する成形要素の輪郭の横方向の距離に比例することができる。横方向の距離は、成形要素の主延長面に沿って測定される。上記及び下記において、横方向の距離は円周の半径の方向で測定される。特に、調整可能なレンズの光学特性を変化させる場合、横方向の距離が長くなると、成形要素の一部の偏向が大きくなる。
【0028】
成形要素は、偏向によって調整可能なレンズの光学特性を変化させるように構成されている。偏向は、調整可能なレンズの光軸に沿った方向への成形要素の変位を表す。特に、成形要素の偏向によって膜の形状が変化し、これにより液体レンズの光学特性が変化する。さらに、又はあるいは、成形要素は、膜の偏向を制限するように構成され、液体レンズの光学特性を所望の様式に変更する。
【0029】
一実施形態によれば、成形要素の動きはヒンジによってガイドされる。例えば、光学要素は剛性のバックウィンドウを備え、成形要素は剛性である。このバックウィンドウは、液体が充填されている容積を部分的に区切ることができる。ヒンジは、バックウィンドウと成形要素との間に機械的な接続を提供する。成形要素を移動させる場合、成形要素はバックウィンドウに旋回運動をもたらし、この成形要素の角度変位は２°未満であり、好ましくは１°未満である。特に、光学要素はベローズ構造を備え、これにより成形要素及び／又は膜をバックウィンドウに接続する。このベローズ構造は、可撓性膜材料から形成されてもよい。ベローズ構造により、バックウィンドウに対して成形要素の旋回運動が可能となり、このベローズが液密に容積を密閉する。
【0030】
ヒンジは、ベローズ構造の局所的な補剛領域によって形成されてもよい。補剛領域では、ベローズ構造がバックウィンドウに対して成形要素の動きの範囲を定めることができる。特に、補剛領域は、成形要素とバックウィンドウの相対運動を、回転軸を中心としたバックウィンドウに対する成形要素の回転運動に制限し、ここでこの回転軸は、光学要素の光軸に対して垂直に延びている。有利なことに、ヒンジによって成形要素の動きをガイドすることで、簡素化された、特に省スペースの動作が可能になる。
【0031】
あるいは、成形要素は弾性的に変形可能であり、アクチュエータは複数の第１のファイバーを備え、引張力は成形要素の複数の偏向点に伝達され、ここでこの偏向点は互いに間隔を空けて配置される。引張力は、各偏向点に別々のアクチュエータにより発生させてもよい。あるいは、複数の偏向点に適用することができる１つのアクチュエータにより引張力を発生させてもよい。それぞれの偏向点にかかる偏向力の割合は異なり得る。偏向点は、成形要素に沿って分布され得る。特に、偏向点が互いに分離されている。例えば、各偏向点にかかる引張力は個別に制御することが可能である。
【0032】
一実施形態によれば、光学要素は、調整可能なレンズであり、調整可能な光学特性は、球面、円柱力、及び円柱軸である。
【0033】
上記及び下記において、調整可能な光学要素の経線は、円周の中心を通って延びる仮想的な直線を表し、異なる経線が互いに対してある角度で延びている。
【0034】
球面（ｓｐｈｅｒｅ）（ＳＰＨと略記）は、焦点距離をジオプター（ｄｉｏｐｔｅｒ）で測定したレンズ力の量を示す。球面用の膜の偏向は、光学要素のすべての経線において等しくなる。光学要素は、膜の定義可能な変形によって球面レンズ力を変化させるように構成されている。
【0035】
円柱（ｃｙｌｉｎｄｅｒ）（ＣＹＬと略記）力は、光学要素の非点収差に対する光学的力を示す。膜は、円柱力を発生させるために非球面形状である。特に、円柱力を発生させるために、膜は第１の経線に沿って曲率が付加されず、かつ第２の経線に沿って曲率が最大に付加されるような形状を有し、ここで前記第１の経線及び第２の経線は互いに対して垂直に延びている。光学要素は、第２の経線に沿って膜の曲率を変化させるように構成されている。
【0036】
円柱軸は第１の経線の角度を表し、非点収差を矯正するための曲率が付加されていない。言い換えれば、円柱軸は、第１の経線が第２の経線から９０度離れた角度であり、この第２の経線は円柱力を含む。円柱軸は１°～１８０°の角度で定義される。光学要素は、円柱軸を１°～１８０°の角度で変化させるように構成することができる。
【0037】
特に光学特性は、プリズム力及びプリズム軸並びにＡｄｄである。プリズム力は、プリズムジオプター（「ｐ．ｄ．」又は上付き三角）で測定した光学要素のプリズム力の量である。プリズム力は、メートル又は分数のイギリス単位（Ｅｎｇｌｉｓｈ ｕｎｉｔ）（例えば０．５又は１／２）で表示される。プリズムは、光軸に対する膜の表面の傾きに対応する。プリズム力は、膜の表面が傾いている角度の絶対値を定義する。調整可能なレンズは、プリズム力を変化させるように構成することができる。
【0038】
プリズム軸とは、光学要素のプリズム力の方向である。プリズム軸は、光学要素の表面が光軸に対して傾斜される経線の角度を示す。プリズム軸は、任意の経線に沿って伸びてもよい。プリズム軸は、１°～３６０°の角度で定義することができる。光学要素は、プリズム軸を１°～３６０°まで変化させることができるように構成することができる。
【0039】
Ａｄｄとは、光学要素の一部に適用される倍率の付加である。特に、Ａｄｄを有する光学要素としては、多焦点レンズが挙げられる。付加される倍率は、＋０．７５～＋３．００ジオプターの範囲となり得る。
【0040】
一実施形態によれば、第１のファイバーは、可撓性シャフトを形成する。アクチュエータは、第１のファイバーの第１の端部にトルクを伝送する。このトルクにより、第１のファイバーはその主な延長軸の周りに回転する。光学要素は、トルクを光学特性の変化に変換するように構成されている。
【0041】
可撓性シャフトは、半径方向の電気機械式動力の伝達のための接続要素である。可撓性シャフトは、芯に何層ものワイヤーを巻き付けることで作成することができる。芯から外層に向かって見られるとおり、各層は前の層とは逆方向に巻くことができる。
【0042】
ワイヤーの品質、ワイヤーの本数、ワイヤーの直径、ワイヤーの巻き方の種類、及び可撓性シャフトの製造時の焼き戻し温度によって可撓性シャフトの機械的特性が決定される。機械的特性は、可撓性、ねじれ強度、動力伝達性、回転方向の一方又は両方向の異なる速度及び荷重での走行性のうちの少なくとも１つであり得る。
【0043】
特にワイヤーは、ケブラー、カーボン、スチール、ステンレス、又はブロンズを含む。ワイヤーは真鍮メッキされてもよい。ワイヤーは、０．１ｍｍ～５ｍｍの直径であり得る。
【0044】
上記及び下記において、トルクとは引張力の一種であると理解できる。トルクは、引張力が軸から外れたところにかかることによって生じ、ここで可撓性シャフトの前記軸は、芯線により規定される。そのため、芯線の周りに螺旋状にガイドされる引張力によりトルクが生じる。したがって、芯線は引張力を導き、芯線に巻かれたワイヤーの少なくとも１層は引張力を伝達する。特に、時計回り方向のトルクは、時計回り方向に巻かれたワイヤーの少なくとも１つの層により伝達される。反時計回り方向のトルクは、反時計回り方向に巻かれたワイヤーの少なくとも１つの層により伝達される。
【0045】
また、ヘッドマウント可能なデバイス（ｈｅａｄ ｍｏｕｎｔａｂｌｅ ｄｅｖｉｃｅ）も規定される。特に、本明細書で記載されるヘッドマウント可能なデバイスは、本明細書に記載される調整可能な光学デバイスを備える。したがって、ヘッドマウント可能なデバイスについて開示されているすべての特徴はまた、調整可能な光学デバイスについて開示され、その逆もまた然りである。
【0046】
一実施形態によれば、ヘッドマウント可能なデバイスは、眼鏡、拡張現実グラス、仮想現実グラスのうちの少なくとも１つである。
【0047】
眼鏡（ｓｐｅｃｔａｃｌｅｓ）は、アイグラス（ｅｙｅｇｌａｓｓｅｓ）又はグラス（ｇｌａｓｓｅｓ）とも呼ばれ、人の目の前に光学要素を保持するフレームに取り付けられた光学要素を備える眼鏡類であり、通常、鼻にかけるブリッジと耳にかけるテンプルが利用される。眼鏡は、老眼鏡及び近視用メガネなど、視力矯正に使われるのが一般的である。
【0048】
特に、眼鏡は、建設作業員又は実験技師など、飛散する破片から目を保護するために構成することができる。眼鏡は、光学要素だけでなく、目の側面の保護を含むことができる。眼鏡は、可視及び近可視の光又は放射線に対してフィルタリングするように構成されてもよい。眼鏡はサングラスでもよく、明るい日中のより良好な視界を確保し、過剰なレベルの紫外線によるためージから目を保護することができる。特に、この光学要素は、明るい光から保護するために着色されるか、又はまぶしい光を除去するために偏光する。
【0049】
特に、眼鏡は、特定の視覚情報を見るために構成することができる。例えば、眼鏡は、立体視の手段によって立体的な見え方を体験できるように構成される。
【0050】
バーチャルリアリティグラスは、着用者にバーチャルリアリティを提供するように構成することができる。特にバーチャルリアリティグラスは、ビデオゲーム、シミュレーター、又はトレーナーを体験できるように構成することができる。バーチャルリアリティグラスは、それぞれの目に別々の画像を提供する立体視ヘッドマウント可能なディスプレイ、ステレオサウンド、及び頭部動作追跡センサー（ジャイロスコープ、加速度計、磁気計、構造化光システムを含む）を含むことができる。ヘッドマウント可能なデバイスは、視標追跡センサー及びゲームコントローラーを備えることができる。
【0051】
スマートグラスとも呼ばれる拡張現実グラス（Ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ ｇｌａｓｓｅｓ）（略称：ＡＲグラス）は、装着者が見ているものと一緒に、あるいはそれに情報を付加する装着可能なコンピュータグラスである。拡張現実グラスは、透明ヘッドアップディスプレイ（ｈｅａｄｓ－ｕｐ ｄｉｓｐｌａｙ）（ＨＵＤ）又は拡張現実（ａｕｇｍｅｎｔｅｄ ｒｅａｌｉｔｙ）（ＡＲ）オーバーレイを備えた埋め込み型ワイヤレスグラス（ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｗｉｒｅｌｅｓｓ ｇｌａｓｓｅｓ）又は光学ヘッドマウント可能ディスプレイ（ｏｐｔｉｃａｌ ｈｅａｄ－ｍｏｕｎｔｅｄ ｄｉｓｐｌａｙ）（ＯＨＭＤ）によって、視野に情報を重ね合わせるように構成することができる。ＡＲグラスは、投影されたデジタル画像を反射させるとともに、ＡＲグラスを通して見ることができるように配置されている。特に、ＡＲグラス及び／又はＶＲグラスは、自然言語の音声コマンドによってインターフェイスされる（連絡を取り合える）ように構成される。
【0052】
ＡＲグラス及び／又はＶＲグラスは、内部又は外部のセンサーから情報を収集するように構成することができる。ヘッドマウント可能なデバイスは、他の機器又はコンピュータからのデータを制御するか、又は取り出すように構成することができる。ＡＲグラス及び／又はＶＲグラスは、モバイルオペレーティングシステムを実行し、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ又はＷｉＦｉのヘッドセットを介してユーザーにオーディオ及びビデオファイルを送信するポータブルメディアプレーヤーとして機能するように構成することができる。ヘッドマウント可能なデバイスは、ライフロギング及びアクティビティトラッカー機能を実行するように構成することができる。
【0053】
一実施形態によれば、ヘッドマウント可能なデバイスはテンプルを備え、該テンプルは、光学要素とユーザーの頭部との間に機械的接続を確立するように構成され、ここでアクチュエータはテンプルに配置される。特に、テンプルは、伝送要素、特に第１のファイバーと本質的に同じ熱膨張係数を有する。
【0054】
特に、テンプルがフレーム又は光学要素に接続される領域に、伝送ユニットの偏向部分が配置される。特に、フレーム又は光学要素に対してテンプルは折り畳み可能である。
【0055】
調整可能な光学デバイスのさらなる利点及び有利な改良及び設計は、図に関連して提示される以下の例示的な実施形態からもたらされる。
【0056】
図において、類似の要素、同一の要素、又は同一の作用要素には、同一の参照符号を付す。図及び図に示された要素の比率は、縮尺どおりであるとみなされるものではない。むしろ、説明しやすく、及び／又は理解しやすくするために個々の要素は誇張して大きく見せることが可能である。
【0057】
図１は、ヘッドマウント可能なデバイス９０における２つの調整可能な光学デバイス１の例示的な実施形態を模式的な透視図で示す。ヘッドマウント可能なデバイス９０は、眼鏡、拡張現実グラス、又は仮想現実グラスであってもよい。調整可能な光学デバイス１は、それぞれ、光学要素１０、アクチュエータ２０、及び伝送ユニット３０を備える。伝送ユニット３０は、複数の第１のファイバー３１０を備え、複数の第１のファイバー３１０は、アクチュエータ２０からの引張力を光学要素１０に伝達するように構成されている。この引張力により、光学要素１０の光学特性の変化をもたらす。
【0058】
ヘッドマウント可能なデバイスは、テンプル９１を備える。テンプル９１は、光学要素１０とユーザーの頭部との間に機械的接続を確立するように構成され、ここでアクチュエータ２０は、テンプル９１に配置されている。調整可能な光学要素１０は、ユーザーの目の前にそれぞれ配置される調整可能なレンズである。
【0059】
図２は、ヘッドマウント可能なデバイス９０における調整可能な光学デバイス１の例示的な実施形態を模式的な上面図で示す。アクチュエータ２０は、テンプル９１に配置されている。アクチュエータ２０により発生した力は、第１のファイバー３１０によって光学要素１０に伝達される。第１のファイバー３１０の部分は、外殻構造体６０内で延びている。第１のファイバー３１０及び外殻構造体６０は、ボーデンケーブルを形成している。
【0060】
外殻構造体６０は、それぞれ、第１のファイバー３１０に直接接触している。第１のファイバー３１０は、第１の主延長方向を有する第１の部分３１１、第２の主延長方向を有する第２の部分３１２、及び偏向部３１３を備える。偏向部分３１３は、第１のファイバー３１０に沿って第１の部分３１１と第２の部分３１２との間に配置され、外殻構造体６０内に延びている。第１の主延長方向は、第２の主延長方向に対して斜め方向であり、偏向部分３１３において第１のファイバー３１０は外殻構造体６０に接触しており、これは偏向要素７０を形成する。
【0061】
図３は、調整可能な光学デバイス１に備えられる光学要素１０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。光学要素１０は、光軸Ｚを有する調整可能なレンズである。調整可能な光学要素１０は、液体で満たされる容積１００を備える。液体は透明であり、膜１０１、バックウィンドウ１０５、及びベローズ１０６によって容積１００が区画されている。膜１０１は、光学要素１０の光学面を形成している。膜１０１は、成形要素１０２に接続されており、第１のファイバー３１０からの引張力は、成形要素１０２に作用する。成形要素１０２は、可撓性である。したがって、成形要素１０２の異なる部分は、光軸ｚに沿ったそれらの位置が変化し得る。この引張力によって光学面の形状が変化し、光学面の形状が変化することによって、調整可能な光学要素１０の光学特性の変化をもたらす。
【0062】
図４ａは、調整可能な光学デバイス１に備えられる光学要素１０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。第１のファイバー３１０は、成形要素１０２の異なる偏向点に取り付けられている。調整可能な光学デバイス１は、ロックユニット８０を備え、ロックユニット８０は、オン状態において、光学特性を規定の状態に維持するように構成され、オフ状態において、ロックユニット８０は光学特性の変化を制限しない。
【0063】
ロックユニット８０は、オン状態に切り替えられる場合、第１のファイバーの第１の端３１０ａから第２の端３１０ｂへの引張力の伝達を遮断するように構成されている。オフ状態では、ロックユニット８０は、第１のファイバー３１０の動きを限定しない。本実施形態では、ロックユニット８０は、第１のファイバー３１０に対して交差するように延びるロックファイバー８１を備える。ロックファイバー８１は、ロックユニット８０がオン状態の場合、第１のファイバー３１０をロックパッド８２に対して押し付けるように構成されている。したがって、作動点１０４は、光軸Ｚに沿ったそれらの位置を維持し、それによって、調整可能なレンズ１０の調整状態が維持される。
【0064】
図４ｂは、調整可能な光学デバイス１に備えられる光学要素１０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。第１のファイバー３１０は、成形要素１０２の異なる偏向点に取り付けられている。調整可能な光学デバイス１は、ロックユニット８０を備え、ロックユニット８０は、オン状態において、光学特性を規定状態に維持するように構成され、オフ状態において、ロックユニット８０は光学特性の変化を制限しない。ここで、ロックユニット８０は、容器の周りに周方向に延びる形状記憶合金（ＳＭＡ）を備える。容器１０６は、ＳＭＡのカウンター支持を提供する。
【0065】
特に、容器１０６は、調整可能な光学部品１０を調整するために配置されるアクチュエータ２０のカウンター支持を提供する。アクチュエータ２０は、容器１０６の周方向に延びる複数のＳＭＡファイバー２１を備える。アクチュエータは、ＳＭＡから成形要素１０２に引張力を伝達するように構成された第１のファイバー３１０に接続されている。ＳＭＡ２１は、接点要素１０７によって電気的に接続可能である。
【0066】
第１のファイバー３１０（破線）は、調整可能な光学要素１０の容器１０６の周囲に延在するアクチュエータ２０に接続されている。容器１０６は、調整可能な光学要素の容積を横方向に区画する。特に、容器１０６は剛性であり、調整可能な光学要素１０を調整する場合に容器１０６が変形することがない。アクチュエータは、形状記憶合金２１を備えるワイヤ（破線）を備え、これは容器１０６の周りに巻き付けられている。
【0067】
図５は、調整可能な光学デバイス１に備えられる光学要素１０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。図５に示す実施形態は、保持要素４０を備えることにより、図３に示す実施形態と異なる。ここで、保持要素４０は、保持力を生成するように構成されており、保持力は、第１のファイバー３１０によって提供される引張力に関して反対方向に作用する。第１のファイバー３１０は、第１の端部３１０ａと第２の端部３１０ｂを備え、第１の端部３１０ａはアクチュエータ２０に結合され、第２の端部３１０ｂは光学要素１０に結合される。引張力は第１の端部３１０ａに作用し、保持力が第２の端部３１０ｂに作用する。本実施形態では、保持要素４０は複数のバネを備え、これらのバネは成形要素１０２を光軸Ｚに沿って移動させるように構成されている。特に、保持要素４０は、アクチュエータ２０が引張力を与えず、かつロックユニット８０がオフ状態であれば、調整可能な光学要素１０を非調整状態へ戻すように構成されている。
【0068】
図６は、調整可能な光学デバイス１に備えられるアクチュエータ２０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。アクチュエータ２０は、テンプル９１内に配置されている。調整可能な光学デバイス１は、制御ユニット８３及び加速度計８４を備え、加速度計８４は、該光学デバイス１０に作用する加速力を測定するように構成されている。加速度計８４は、出力信号８４０を制御ユニット８３に送信する。出力信号８４０は測定された加速度に比例し、制御ユニット８３は加速度計８４の出力信号が所定の値を超えた場合にロックユニット８０をオン状態にするように構成されている。
【0069】
該調整可能な光学デバイスは、複数の第１のファイバー３１０を備え、これらの第１のファイバー３１０は、アクチュエータ２０からの引張力を光学要素１０に伝達するように構成される。アクチュエータ２０は、ベアリング２３２に回転可能に取り付けられたレバー２３を備える。第１のファイバー３１０の第１の端部３１０ａは、レバー２３の異なる取り付け点２３１にそれぞれ結合されている。アクチュエータ２０の所定のストロークに対する各第１のファイバー３１０の可動範囲は、レバー２３に沿ったそれぞれの取り付け点２３１の位置に依存する。取り付け点２３１からベアリング２３２までの距離が長くなると可動範囲が大きくなる。有利なことに、レバー２３は、第１のファイバー３１０の複数の異なる動作範囲において、１つのストロークを伝達することを可能にする。
【0070】
図７、図８及び図９は、調整可能な光学デバイス１に備えられる偏向要素７０の例示的な実施形態を示す。第１のファイバー３１０は、第１の主延長方向３１１ａを有する第１の部分３１１、及び第２の主延長方向３１２ａを有する第２の部分３１２、及び偏向部分３１３を備える。偏向部分３１３は、第１のファイバー３１０に沿って第１の部分３１１と第２の部分３１２との間に配置されている。偏向部分３１３において、第１のファイバー３１０は、偏向要素７０と接触している。第１の主延長方向３１１ａは、第２の主延長方向３１２ａに対して斜め方向である。
【0071】
偏向要素７０は、マウント７１及びガイド要素７２を備える。ガイド要素７２は、偏向部分３１３をガイドするように構成され、ガイド要素７２は、偏向部分３１３に直接接触している。ガイド要素７２は、支点７３でマウント７１に旋回可能に連結されている。
【0072】
図７の実施形態では、ガイド要素７２のうち偏向部分３１３と接触する部分は一定の曲率半径を有し、前記部分に対して等距離となる位置に支点が配置されている。したがって、偏向要素は、第１のファイバー３１０のてこ比を変化させない。
【0073】
図８の実施形態では、ガイド要素７２のうち偏向部分３１３と接触している部分は、第２の部分３１２に近い側よりも第１の部分に近い側で曲率半径がより小さい。したがって、支点７３と偏向部分３１３との間の距離は、偏向部分３１３に沿って変化する。支点は、第１の部分よりも第２の部分に近い位置に配置されている。したがって、偏向要素は、第１のファイバー３１０のてこ比を変化させ、その結果、所定のストロークに対して、第２の部分の偏向よりも第１の部分の偏向が小さくなる。
【0074】
図９の実施形態では、ガイド要素７２のうち偏向部分３１３と接触している部分は、第２の部分３１２に近い側よりも第１の部分に近い側で曲率半径がより大きい。したがって、支点７３と偏向部分３１３との間の距離は、偏向部分３１３に沿って変化する。支点は、第２の部分よりも第１の部分に近い位置に配置されている。したがって、偏向要素は、第１のファイバー３１０のてこ比を変化させ、その結果、所定のストロークに対して、第２の部分の偏向よりも第１の部分の偏向が大きくなる。
【0075】
図１０は、調整可能な光学デバイスに備えられる第１のファイバー３１０、第２のファイバー３２０、及びピボット要素５０を有する伝送ユニット３０の例示的な実施形態を模式的な断面図で示す。第１のファイバー３１０及び第２のファイバー３２０は、外殻構造体６０にガイドされる。
【0076】
ピボット要素５０は、ピボット要素５０がピボット点５１を中心に回転可能なピボット点５１を備える。第１のファイバー３１０の第２の端部３１０ｂ及び第２のファイバー３２０の第２の端部３２０ｂとは、ピポット点５１に対してピポット要素５０の反対側に接続されている。第１のファイバー３１０の引張力は、第１の方向へ、特に時計回り方向へのピボット要素５０の回転を引き起こし、第２のファイバー３２０の引張力は、第２の方向へ、特に反時計回り方向へのピボット要素５０の回転を引き起こし、ここで第１の方向は、第２の方向と反対方向である。特に、第２のファイバー３２０の引張力は、第１のファイバー３１０の保持力である。
【0077】
図１１及び図１２は、調整可能な光学デバイスに備えられる巻線要素を２つの異なる側面から見た例示的な実施形態である。アクチュエータ２０は、巻線要素２２を備え、複数の第１のファイバー３１０は、少なくとも部分的に巻線要素２２の周囲に巻かれている。アクチュエータ２０は、回転軸Ｒの周りに巻線要素２２を回転させるように配置されており、該巻線要素２２の回転により引張力が発生する。
【0078】
図１２の回転軸Ｒに沿った図に示すとおり、巻線要素２２は、円柱形状を有し、複数の部分２２１を備える。第１のファイバーは、それぞれ、部分２２１の１つの周りに巻かれており、少なくとも２つの部分２２１は、異なる直径を有し、及び／又は円柱形状は、非円形の断面積を有する。
【0079】
図１３は、調整可能な光学デバイス１に備えられる光学要素１０の例示的な実施形態を模式的な側面図に示す。伝送ユニット３０は、光学要素１０の周方向に交差して配置される２本の第１のファイバー３１０を備える。アクチュエータ２０は引張力を提供し、それによってバックウィンドウ１０５と成形要素１０２との間の距離は減少する。この運動により、容積１００内の圧力が上昇し、それによって膜１０１が光軸ｚに沿って偏向する。
【0080】
図１４ａは、調整可能な光学デバイス１の例示的な実施形態を模式的な断面図で示す。アクチュエータ２０は、形状記憶合金２１を備える。形状記憶合金２１は、第１のファイバー３１０によって伝達される引張力を光学要素１０に与えるように配置されている。形状記憶合金２１は、形状記憶合金２１における電流によって作動することができる。
【0081】
特に、第１のファイバー３１０は形状記憶合金を備えるか、又は、第１のファイバー３１０は形状記憶合金２１からなる。
【0082】
成形要素１０２の動きは、ヒンジ１０３によってガイドされる。ヒンジ１０３は、成形要素１０２とバックウィンドウ１０５の相対的な動きをガイドし、ここで成形要素１０２は剛性である。有利なことに、光学要素の調整状態は、成形要素１０２のガイドされた動きのため、特に簡単に制御することができる。
【0083】
調整可能な光学デバイス１は、形状記憶合金２１とバネ８５とを有するロックユニット８０を備える。オン状態では、バネが第１のファイバー３１０をテンプルの側壁に押し付け、それにより、第１のファイバー３１０の運動が遮断される。オフ状態では、形状記憶合金がバネ８５を第１のファイバー３１０から引き離す。これにより、第１のファイバーは、バネ８５によってその運動が制限されない。
【0084】
図１４ｂは、調整可能な光学デバイス１の例示的な実施形態を模式的な断面図で示す。アクチュエータ２０は、第１のファイバー３１０を形成する形状記憶合金２１を備える。形状記憶合金２１は、第１のファイバー３１０によって伝達される引張力を光学要素１０に与えるように配置されている。成形要素１０２の動きは、ヒンジ１０３によってガイドされる。ヒンジ１０３は、成形要素１０２とバックウィンドウ１０５の相対的な動きをガイドし、ここで成形要素１０２は剛性である。容積１００は、剛性の容器１０６、バックウィンドウ１０５、及び膜１０１によって区画されている。膜１０１は、少なくとも部分的に成形要素１０２と容器１０６の間に延在している。膜１０１は、成形要素がバックウィンドウ１０５に対して旋回した場合に弾性的に変形することができ、それによって成形要素の少なくとも一部が光軸Ｚに沿って偏向することができる。ヒンジ１０３は、成形要素１０２の動きを少なくとも一部において光軸Ｚに沿って制限し、それによってヒンジはバックウィンドウ１０５に対する成形要素１０２の回転軸を画定している。
【0085】
図１４ｃは、調整可能な光学デバイス１の例示的な実施形態を模式的な断面図で示す。アクチュエータ２０は、図１４ｂに示すアクチュエータと同様の働きをする。ベローズ構造１０６は、容積１００を横方向に区画する。上記及び下記において横方向は、光軸Ｚに対して垂直に延びている。ベローズ構造１０６は、光軸Ｚに沿って伸縮可能な折り畳まれた膜から形成されてもよく、ヒンジ１０３は、ベローズ構造１０６の剛性の高い部分によって形成されてもよい。例えば、ベローズ構造１０６に塗布される接着剤によって、ベローズ構造が局所的に剛性化される。
【0086】
図１５は、可撓性シャフトを形成する第１のファイバー３１０の例示的な実施形態をある方向における模式的な断面図で示す。第１のファイバー３１０は、芯線３１を備え、断面図は、芯線３１の主延長方向と直交する方向である。芯線３１の周りに２層のワイヤーが巻かれている。第１のワイヤー層３２は、芯線３１の周囲に時計回り方向に巻かれ、第２のワイヤー層３３は、第１のワイヤー層３２の周囲に反時計回り方向に巻かれている。したがって、第１のワイヤー層３２の引張力は、時計回り方向にトルクを伝達し、第２のワイヤー層３３の引張力は、反時計回り方向にトルクを伝達する。
【0087】
図１６は、可撓性シャフトを形成する第１のファイバーの例示的な実施形態を、芯線３１の主延長方向に沿った方向の模式的な側面図で示す。特に、第１のファイバー３１０は、さらなるワイヤー層を備えてもよい。
【0088】
図１７は、可撓性シャフトに接続される調整可能な光学デバイス１０の例示的な実施形態を模式的な断面図に示す。第１のファイバー３１０は、可撓性シャフトを形成する。アクチュエータ２０（図示せず）は、第１のファイバー３１０の第１の端部３１０ａにトルクを伝達する。このトルクにより、第１のファイバーはその主延長軸の周りに、特に芯線の周りに回転する。光学要素１０は、トルクを光学特性の変化に変換するように構成されている。伝送ユニット３０は、第１のファイバー３１と成形要素１０２とを機械的に結合する少なくとも１つの接続要素３４を備える。接続要素３４は、時計回り方向及び反時計回り方向にトルクを伝達するように構成されている。トルクは、光軸Ｚに沿って成形要素１０２を偏向させ、その結果、膜１０１の表面形状が変化し、それによって、調整可能な光学要素１０の少なくとも１つの光学特性が変更される。
【0089】
本発明は、その説明によりこの例示的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は、あらゆる新しい特徴及び特徴のあらゆる組み合わせを包含し、特に、この特徴又はこの組み合わせ自体が特許請求の範囲又は例示的な実施形態において明示的に規定されていなくても、特許請求の範囲における特徴のあらゆる組み合わせを包含する。
符号の一覧
符号の一覧
【0090】
１ 調整可能な光学デバイス
１０ 調整可能な光学要素
２０ アクチュエータ
３０ 伝送ユニット
３１０ 第１のファイバー
９０ ヘッドマウント可能なデバイス
９１ テンプル
６０ 外殻構造体
３１１ 第１の部分
３１２ 第２の部分
３１３ 偏向部分
１００ 容積
１０１ 膜
１０２ 成形要素
１０３ ヒンジ
１０４ 偏向点
１０５ バックウィンドウ
１０６ ベローズ
３１０ａ 第１のファイバーの第１の端部
３１０ｂ 第１のファイバーの第２の端部
７０ 偏向要素
４０ 保持要素
８０ ロックユニット
８１ ロックファイバー
８２ ロックパッド
２３ レバー
２３１ 取り付け点
２３２ ベアリング
８３ 制御ユニット
８４ 加速度計
７１ マウント
７２ ガイド要素
７３ 支点
ｚ 光軸
３１１ａ 第１の部分の主延長方向
３１２ａ 第２の部分の主延長方向
５０ ピボット要素
５１ ピボット点
３２０ 第２のファイバー
２２ 巻線要素
２２１ 部分
Ｒ 回転軸
２１ 形状記憶合金
８５ バネ
１０６ 容器
３１ 芯線
３２ 第１のワイヤー層
３３ 第２のワイヤー層
３４ 接続要素
１０７ 接触要素
１０ 調整可能な光学要素
２０ アクチュエータ
３０ 伝送ユニット
３１０ 第１のファイバー
９０ ヘッドマウント可能なデバイス
９１ テンプル
６０ 外殻構造体
３１１ 第１の部分
３１２ 第２の部分
３１３ 偏向部分
１００ 容積
１０１ 膜
１０２ 成形要素
１０３ ヒンジ
１０４ 偏向点
１０５ バックウィンドウ
１０６ ベローズ
３１０ａ 第１のファイバーの第１の端部
３１０ｂ 第１のファイバーの第２の端部
７０ 偏向要素
４０ 保持要素
８０ ロックユニット
８１ ロックファイバー
８２ ロックパッド
２３ レバー
２３１ 取り付け点
２３２ ベアリング
８３ 制御ユニット
８４ 加速度計
７１ マウント
７２ ガイド要素
７３ 支点
ｚ 光軸
３１１ａ 第１の部分の主延長方向
３１２ａ 第２の部分の主延長方向
５０ ピボット要素
５１ ピボット点
３２０ 第２のファイバー
２２ 巻線要素
２２１ 部分
Ｒ 回転軸
２１ 形状記憶合金
８５ バネ
１０６ 容器
３１ 芯線
３２ 第１のワイヤー層
３３ 第２のワイヤー層
３４ 接続要素
１０７ 接触要素
【図1】
【図2】
【図3】
【図4AB】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14a】
【図14b】
【図14c】
【図15】
【図16】
【図17】
【外国語明細書】
